电化学制备水滑石原位处理核电厂含锶放射性废液的方法技术

本发明专利技术涉及电化学制备水滑石原位处理核电厂含锶放射性废液的方法，配制含有Sr2+的模拟放射性废水作为电解液，滴加碱溶液、酸溶液，调节pH至5～11，使用双电源进行电解，一组以铝片作为阳极，石墨作为阴极，直流稳压电源作为电源；一组以两片锌片分别作为阴阳两极，脉冲电源作为电源，并利用倒极变换阴阳极，在恒温条件下进行电解合成，反应结束后将电解液静置，过滤，进行固液分离，即完成对模拟废液的净化处理。本发明专利技术无需投加大量药剂或者吸附剂，只需控制废液中一定浓度的硝酸根与氯离子即可，无二次污染，且达到多种二价放射性金属离子的高效去除，本发明专利技术仅阐述对锶离子的去除，并实现固液高效分离，所需材料来源广泛，工艺简单且操作方便。

【技术实现步骤摘要】
电化学制备水滑石原位处理核电厂含锶放射性废液的方法
本专利技术属于环保
，涉及一种处理核电厂放射性废液的方法，尤其是涉及一种电化学制备水滑石原位处理核电厂含锶放射性废液的方法。
技术介绍
20世纪50年代核能发展转向和平目的，随着核能技术利用不断发展，放射性废水持续进入环境，严重威胁环境安全和人类健康，因此，研究如何安全、经济和有效地处理处置核废料具有重要意义。我国通常按放射性水平的高低将放射性废液分为三类，即高水平放射性废液、中水平放射性废液和低水平放射性废液，中低水平放射性废液的危害性相对较小，能在几百年内衰减至安全水平，但产生量巨大，处理工作量繁重。自核能技术发展至今，现阶段应用于中低放废液的处理方法通常有：化学沉淀法、离子交换法、蒸发浓缩法、吸附法、膜分离法等。化学沉淀法处理效果普通，不利于强放射性废水的固液分离，反应过程中影响最终絮凝沉淀的效果及固液分离的因素过多；离子交换法当废液中离子含量较高时，树脂床便很容易被穿透而失效，必须立即更换；蒸发浓缩法不适合处理有挥发性物质以及易起泡沫的废水；并且其热能消耗大，运行成本高；同时需要在设计和运行过程中考虑结垢、腐蚀、爆炸等问题；吸附法由于利用具有多孔的吸附剂，使得吸附能力强，且价格低廉，因此被普遍应用于放射性性废水的吸附处理中；膜分离法对水质要求高，需进行预处理。由此可见，传统的单一的方法在处理放射性废液方面均有其局限性，更加经济有效的处理方法仍需进一步研究。中国专利CN102336461A公开了一种用水滑石除去水溶液中重金属离子的方法。根据本专利技术用水滑石除去水溶液中金属离子的方法包括使用水滑石去除水溶液中的金属离子的步骤；所述金属离子为重金属离子或放射性物质离子；所述的金属离子包括汞、铬、铅、砷、镉、锡、铜、锌重金属离子中的一种或多种；所述的放射性物质离子包括铀、钍、镭离子。该专利采用的是共沉淀法合成水滑石，然后再将其投加入待处理废水中进行吸附，而本申请采用的是电化学法原位合成水滑石，其区别在于本申请在待处理废水中原位合成，无需合成后分离干燥后再投加，该操作会影响水滑石的吸附活性，从而影响其对金属离子的吸附效果。电化学法合成水滑石与共沉淀法相比，其优点在于方便快捷易合成，电化学法无需在高温高压的条件下进行合成，甚至能在常温常压下合成，无需配置一定比例的金属盐溶液，水滑石合成所需金属都由金属电极电解进入溶液，并省去了长时间的陈化过程，可高效去除核电厂放射性废液中的放射性锶元素，且可以达到实现沉渣高效固液分离，工艺简单，操作方便，更不易造成二次污染。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电化学制备水滑石原位处理核电厂含锶放射性废液的方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：电化学制备水滑石原位处理核电厂含锶放射性废液的方法，采用以下步骤：(1)配制核电厂放射性模拟废液，加入电解质、硼酸以及锶盐，并搅拌均匀，配制成混合液；(2)向步骤(1)制得的混合液中加入碱溶液或酸溶液，将混合液的pH调节至5～11，使用双电源进行恒温电解，一个以铝片作为阳极，石墨作为阴极，直流稳压电源作为电源；一个以锌片分别作为阴阳两极，脉冲电源作为电源，并利用倒极变换阴阳极电解合成水滑石，反应结束后再进行恒温搅拌处理；(3)将步骤(2)电解后的混合液经静置，过滤，进行固液分离，完成对待处理核电厂放射性废液的净化处理，所得沉淀物通过静置沉淀去除。所述核电厂放射性模拟废液中的放射性元素Sr2+浓度为0～20mg/L，B3+浓度为0～3000mg/L，作为优选的实施方式，Sr2+浓度为5mg/L，B3+浓度为1000mg/L。步骤(1)中所述电解质包括NaCl/或NaNO3，所述电解质加入待处理核电厂放射性废液后的浓度为0.05～0.2mol/L，优选采用的浓度为0.05～0.1mol/L，配制放射性模拟废液中所用锶盐为SrCl2。步骤(2)中所述的碱溶液为浓度1～5mol/L的NaOH溶液，所述的酸溶液为浓度1～2mol/L的HNO3溶液。进行电解时锌电极与铝电极的电流密度之比为1:1～1:4，控制电流密度为30～135mA/cm2，反应温度为30～70℃，反应时间为60～240min，控制转速为400～700r/min。作为优选的实施方式，以硝酸钠与氯化钠为电解质，硝酸钠浓度0.1mol/L，氯化钠浓度为0.05mol/L，恒温电解合成过程中，电流密度为铝电极电解电流密度为45mA/cm2，反应时间240min，反应温度40℃，转速500r/min，初始pH为11，电极间距2cm(锌电极与铝电级跟石墨电极的距离均为2cm)。当Sr2+进水浓度为5mg/L时，出水中Sr2+浓度为43μg/L。步骤(3)采用定性滤纸的自然过滤。本专利技术采用的电化学法制备Zn-Al水滑石，它的本质就是通过电解得到Zn2+，Al3+，并在阴极持续产生OH-，使溶液保持在一个稳定的碱性环境，从而给水滑石形成一个良好的共沉淀环境，人们将类水滑石(HydrotalciteLikeCompounds，HTLCs)共沉淀过程分为沉淀、诱导沉淀、复合和晶化缩合等反应阶段，在溶液中由于Al(OH)3的溶度积较小，三价金属离子先沉淀，即先生成Al(OH)3胶状沉淀，Al(H2O)63++3OH-→Al(OH)3↓+6H2O由于其对OH-的吸附、富集，诱导二价金属离子(Zn2+)的沉淀，Al(OH)3+Zn(H2O)62++2OH-→Al(OH)3·Zn(OH)2↓+6H2O此时pH值要比单一体系Zn2+沉淀pH值有较大幅度的下降，当溶液pH值升高到Zn2+单独沉淀所需碱度时，大量的Zn(OH)2沉淀析出，Zn(H2O)62++2OH-→Zn(OH)2↓+6H2O而对于需要去除的Sr2+，当pH值升高到单独沉淀所需碱度时，Sr(H2O)62++2OH-→Sr(OH)2↓+6H2O而得到的复合产物(混合氢氧化物)中相邻羟基间进一步脱水缩合，Zn2+(OH)3·Al3+(OH)2→(HO)Zn2+-O-Al3+(OH)2+H2O(HO)Zn2+-O-Al3+(OH)2+2Zn2+(OH)2→(HO)Zn2+-O-Al3+[-O-Zn2+(OH)]2+2H2O(HO)Zn2+-O-Al3+[-O-Zn2+(OH)]2+3H2O→{(HO)Zn2+-OH-Al3+[-OH-Zn2+(OH)]2}3++3OH-直至所有的阳离子八面体配位基团以共用型桥式羟基形成紧密堆积的网络结构，在放射性核素Sr2+的模拟废液中同时电解进Zn2+和Al3+，与放射性核素Sr2+之间形成这种网络结构达到把Sr2+嵌入到类水滑石板间。本专利技术电化学法原位合成的类水滑石，吸附活性强，可调整反应条件，控制水滑石粒径等利于吸附的环境，增加比表面积，提高其对放射性核素Sr2+的吸附反应速率。此外，合成的类水滑石同时具备离子交换和吸附作用，对放射性废水中Sr2+的吸附效果具有增强作用，反应结束后因其自身沉淀效果非常显著，不需要离心、过滤等步骤，就可以通过简单、快速、有效地进行固液分离，将吸附完成后的水滑石从溶液体系中分离出来后对其进行固化或再次利用。水滑石的吸附效果完全可以应用在高放、中放、低放废水的应急处理，处理过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电化学制备水滑石原位处理核电厂含锶放射性废液的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：(1)配制核电厂放射性模拟废液，加入电解质、硼酸以及锶盐，并搅拌均匀，配制成混合液；(2)向步骤(1)制得的混合液中加入碱溶液或酸溶液，将混合液的pH调节至5～11，使用双电源进行恒温电解，一个以铝片作为阳极，石墨作为阴极，直流稳压电源作为电源；一个以锌片分别作为阴阳两极，脉冲电源作为电源，并利用倒极变换阴阳极电解合成水滑石，反应结束后再进行恒温搅拌处理；(3)将步骤(2)电解后的混合液经静置，过滤，进行固液分离，完成对待处理核电厂放射性废液的净化处理，所得沉淀物通过静置沉淀去除。

【技术特征摘要】
1.电化学制备水滑石原位处理核电厂含锶放射性废液的方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：(1)配制核电厂放射性模拟废液，加入电解质、硼酸以及锶盐，并搅拌均匀，配制成混合液；(2)向步骤(1)制得的混合液中加入碱溶液或酸溶液，将混合液的pH调节至5～11，使用双电源进行恒温电解，一个以铝片作为阳极，石墨作为阴极，直流稳压电源作为电源；一个以锌片分别作为阴阳两极，脉冲电源作为电源，并利用倒极变换阴阳极电解合成水滑石，反应结束后再进行恒温搅拌处理；(3)将步骤(2)电解后的混合液经静置，过滤，进行固液分离，完成对待处理核电厂放射性废液的净化处理，所得沉淀物通过静置沉淀去除。2.根据权利要求1所述的电化学制备水滑石原位处理核电厂含锶放射性废液的方法，其特征在于，所述核电厂放射性模拟废液中的放射性元素Sr2+浓度为0～20mg/L，B3+浓度为0～3000mg/L。3.根据权利要求1所述的电化学制备水滑石原位处理核电厂含锶放射性废液的方法，其特征在于，步骤(1)中所述电解质包括NaCl/或NaNO3，所述电解质加入待处理核电厂放...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄光团，邵利锋，黄立，姜丽，瞿玲，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31